Molekulare Untersuchungen zur Differenzierung von artikulären Chondrozyten

Abstract

Das Ziel dieser Dissertation war es, artikuläre Chondrozyten auf molekularer Ebene zu charakterisieren. Dabei galt es, Unterschiede zwischen Gelenkknorpel und Knorpel der Wachstumsfuge sowie den Einfluss synovialer Fibrobalsten auf diese zu analysieren.

Den zentralen Bestandteil der Dissertation bildet die dargestellte Publikation, in der der Bedeutung von Thrombospondin-4 für die Regulation von Chondrozyten nachgegangen wurde. Die morphometrische Charakterisierung des Skelettsystems von Thbs4-defizienten Mäusen ergab hierbei keine signifikanten Unterschiede gegenüber den Wildtypen, ebenso wenig konnte eine entscheidende Bedeutung von THBS4 in der Pathogenese der X-chromosomalen hypophosphatämischen Rachitis nachgewiesen werden. Allerdings konnte in den Knockout-Mäusen nach 26 Wochen im Vergleich zu den Wildtypen eine signifikant geringere Knorpelschichtdicke und zusätzlich eine verringerte Expression von Aspn feststgestellt werden.

In folgenden Analysen wurden sechs Wochen alte Minipigs als Tiermodell verwendet und es konnte gezeigt werden, dass die Stimulation von Chondrozyten mittels eines durch Synoviozyten konditionierten Mediums einen signifikanten Anstieg der Caspase-3/7-Aktivität zur Folge hat. Weiterhin führte die Zugabe des konditionierten Mediums zu einer Minderung der Expression einer Vielzahl von Genen, während die Expression von SDC4, MMP3 und ADAMTS5 induziert wurde. Mittels Hochleistungsflüssigkeits-chromatographie konnten die Proteine des Mediums nach ihrer Größe aufgetrennt und der gezeigte Effekt isoliert werden. Ein gegensätzlicher Effekt konnte bei der Stimulation der Chondrozyten durch porcine Synovialflüssigkeit beobachtet werden, da jene die Expression von SDC4, MMP3 und ADAMTS5 reprimiert. Abschließend wurde der Einfluss des konditionierten Mediums auf die Genexpression artikulärer Chondrozyten nach Zugabe von porcinem Serum analysiert. Während das konditionierte Medium allein die Expression von SDC4, MMP3 und ADAMTS5 induzierte, führte die gleichzeitige Stimulation der Chondrozyten mittels konditionierten Mediums und porcinen Serums zu einer verminderten Expression der genannten Gene und glich so der Stimulation durch porcine Synovialflüssigkeit.

The aim of this dissertation was to characterize articular chondrocytes at the molecular level. Analyzes were performed to show differences between the articular cartilage and cartilage of the growth plate as well as the influence of synovial fibroblasts on these two.

The main topic of the dissertation is the above shown publication, which investigated the importance of thrombospondin-4 for the regulation of chondrocytes. The morphometric characterization of Thbs4-deficient mice did not reveal any significant differences in wildtypes, nor could a decisive significance of THBS4 in the pathogenesis of X-linked hypophosphatemic rickets be demonstrated. In knockout mice, however, a significantly thinner cartilaginous layer and a reduced expression of Aspn could be observed after 26 weeks compared to wildtype mice.

In the following analyzes, six-week-old minipigs were used as an animal model and it was shown that the stimulation of chondrocytes by a synoviocyte-conditioned medium leads to a significant increase in Caspase-3/7 activity. Furthermore, the addition of the conditioned medium resulted in a decreased expression of a variety of genes while the expression of SDC4, MMP3 and ADAMTS5 was induced. Using high-performance liquid chromatography the proteins of the medium could be separated according to their size and the shown effect was isolated. An opposing effect could be observed in the stimulation of the chondrocytes by porcine synovial fluid since it repressed the expression of SDC4, MMP3 and ADAMTS5. Finally, the influence of the conditioned medium on gene expression of articular chondrocytes after the addition of porcine serum was analyzed. While the conditioned medium alone induced the expression of SDC4, MMP3 and ADAMTS5, the simultaneous stimulation of chondrocytes by synoviocyte-conditioned medium and porcine serum led to a reduced expression of the mentioned genes and thus was similar to the stimulation by porcine synovial fluid.